تمیز کردن چهره زمین از مواد رادیو اکتیو

واضح آرشیو وب فارسی:فان پاتوق: تمیز کردن چهره زمین از مواد رادیواکتیو

از این پس دانشمندان می توانند با استفاده از مکعب های توخالی نوعی سوخت هسته ای جدید، اورانیوم رادیواکتیو را جذب و پاک کرده و به این ترتیب سوخت اتمی تمیز و سازگار با محیط زیستی را برای نیروگاه های اتمی، زیردریایی ها و سایر افزارهای نظامی و غیرنظامی کنشگر هسته ای فراهم کنند.

از این پس دانشمندان می توانند با استفاده از مکعب های توخالی نوعی سوخت هسته ای جدید، اورانیوم رادیواکتیو را جذب و پاک کرده و به این ترتیب سوخت اتمی تمیز و سازگار با محیط زیستی را برای نیروگاه های اتمی، زیردریایی ها و سایر افزارهای نظامی و غیرنظامی کنشگر هسته ای فراهم کنند. این راهکار جالب توجه و امیدبخش در حالی از سوی دانشمندان مطرح می شود که استفاده ناگزیر از سوخت های اتمی در زمینه های گوناگون جدا از تمامی محاسن و معایبی که در حاشیه آن به چشم می خورد با مساله بسیار مهمی همچون تاثیرات زیست محیطی و آلایندگی چند صدساله ضایعات و زباله های هسته ای گره خورده است؛ چالش بزرگی که توانسته به تنهایی صدر فهرست مشکلات سیاره و دغدغه دوستداران زمین پاک را به خود معطوف سازد.
به همین دلیل نیاز به سوختی هسته ای که در ضمن تامین نیازهای آینده نیروگاه های اتمی و رهایی از معضل سوخت های فسیلی، بتواند روندهای زیست بومی و سازگاری با محیط زیست را رعایت کند به نوبه خود تلاشی فناورانه و ارزنده به حساب می آید. از این رو، یک نوع سوخت هسته ای به اصطلاح سبزتر و پاک که از سوی دانشمندان برای نیروگاه های اتمی فردا پیشنهاد شده است، می تواند مواد رادیواکتیو و پرتوزای مخاطره آمیز و آلاینده ای همچون عنصر فلزی تکنتیوم تولید شده در خلال بازفرآیندسازی سوخت هسته ای کم توان شده و به مصرف رسیده را تا حد زیادی جذب و پاکسازی نماید. در این میان عناصری از جمله توریوم می تواند در فرآیند پاکسازی و تمیز کردن مواد رادیواکتیو ضایعاتی نقش مهمی ایفا کند. دانشمندان با استفاده از این عنصر شیمیایی می توانند ضمن صرفه جویی در هزینه ها، به شکل ایمن تر و صد البته قابل اطمینان تر کار ذخیره سازی و انباشت ضایعات و زباله های هسته ای را صورت دهند.
در حالی که با ارائه فناوری جدید نسل نوین سوخت های هسته ای می توان در آینده نزدیک شاهد پاکسازی آخرین نسل خوراک هسته ای در جهان باشیم، از طرفی این تکنیک جالب توجه می تواند الهام بخش ارائه کاربردها و زمینه های کاری مشابهی باشد که در آنها لزوم پاکسازی مواد به مراتب بیشتر احساس می شود تا این که صرفا مشکل ضایعات را با دفن و انباشت تهاجم آمیز آن در محیط زیست رفع و رجوع کرد؛ به نحوی که با الگو گرفتن از چنین مکانیسم جالب توجهی می توان از مکعب های توریوم به منظور پاکسازی آلودگی های زیست محیطی نیز استفاده کرد.
در همین خصوص دانشمندانی از دانشگاه نتردام حبه هایی از عنصر توریوم ـ نوعی سوخت اتمی مطرح شده برای نیروگاه های هسته ای آینده ـ ایجاد کرده اند که قادر است با ظرفیت بالایی فرایند جذب مواد رادیواکتیوی همچون تکنتیوم را عملی کند که در طی فرآیندآوری مجدد سوخت اتمی مصرفی ایجاد می شود. دانه های خرد این عنصر شیمیایی می تواند برای جذب هر یونی ـ و نه تنها یون های رادیواکتیو مضر ـ مناسب سازی و به صورت سفارشی برای آن منظور ارائه شود؛ و همچنین می تواند برای تمیز کردن و پاکسازی طیف متنوعی از آلاینده های زیست محیطی مورد استفاده قرار گیرد و این مهم در حالی است که این فناوری جالب تا حد زیادی هزینه های مرتبط با فرآیند ذخیره سازی و انباشت خطرناک ترین ضایعات رادیواکتیو را کاهش دهد.
توماس اشمیت از دانشمندان دانشگاه نتردام که شرح مقاله آنها اخیرا در ژورنال ویرایش بین المللی شیمی کاربردی آمده است، درخصوص این تکنیک جدید خاطرنشان می سازد؛ زمانی که پلوتونیوم از سوخت هسته ای مصرف شده استخراج می شود، شما با میلیون ها گالن ضایعات رادیواکتیو پرانرژی روبه رو می شوید که حاوی برخی از مواد و ترکیبات مضر است. مکانیسم فناورانه ای که اکنون مطرح می شود، یکی از مواد بسیار معدودی است که می تواند این باقیمانده خطرناک و مواد نامطلوب را به دام اندخته و برطرف کند.
عناصری همچون توریوم که نقش نظافتچی مواد رادیواکتیو را بازی می کنند در حالی پیشنهاد می شود که در حال حاضر بهترین ماده پاک کننده یون های رادیواکتیوی خاک رس به شمار می رود. یون های مضر دارای میزان ناچیزی بار الکتریکی مثبت هستند و رس نیز متقابلا دارای اندکی بار الکتریکی منفی است که یون ها را از محلول بیرون کشیده و در موضعی آنها را قفل و بلوکه می کند. به این ترتیب، می توان رس موردنظر را همراه با مواد رادیواکتیوی که جذب کرده به طرز ایمن و مطمئنی در یک سایت مخصوص نگاهداری و محدود کردن ضایعات اتمی سطح بالا ـ نظیر یک معدن نمک قدیمی ـ ذخیره سازی و انبار کرد. در واقع رس کار خطیری را در قبال برچیدن و پاک کردن چنین یون های مضری برعهده دارد و یک نظافتچی پرکار و مناسب محسوب می شود. البته رس علاوه بر وظیفه پاک کردن و برچیدن مواد ساطع کننده اشعه بتا ـ مثل اورانیوم ـ کار برطرف سازی یون های کمتر مضری همچون نیترات ها را نیز صورت می دهد.
در این میان کارشناسان و محققان معتقدند در صورتی که بتوان مواد خطرناک و کمتر خطرناک را در عوض انباشت و نگهداری توام به طور جداگانه ذخیره سازی کرد، دولت ها و صنایع هسته ای می توانند مبالغ کلانی از این راه صرفه جویی کنند. البته میزان دقیق پتانسیل این صرفه جویی قطعی نیست. تاکنون مکعب های توریوم تنها در شرایط کنترل شده آزمایشگاهی آزمایش شده اند؛ و توانسته اند حدود ۷۰درصد ماده تکنتیوم را از نمونه موردنظر پاک کنند. محققان برآورد می کنند با بهینه سازی اندازه، شکل و تغییرات مکعب های توریوم می توان دست کم ۹۰ درصد تکنتیوم را از نمونه پاک نمود. محققان اظهار امیدواری می کنند با شروع آزمایشات میدانی این پروژه که بزودی در آزمایشگاه ملی ساوانا در کارولینای جنوبی صورت خواهد پذیرفت، به جواب های زیادی در زمینه کارآمدی هزینه و سایر ابعاد به کارگیری این تکنیک نوین در عرصه فناوری هسته ای دست یابند.
عنصری همچون توریوم در کنار قابلیت منحصر به فردش برای پاک کردن ضایعات اتمی، می تواند به عنوان مدعی اصلی و برنده احتمالی رقابت بین نسل های آینده رآکتورهای سوخت اتمی مطرح شود
در همین رابطه، دیوید هابس از محققان این مرکز پژوهشی که متولی آزمایش کریستال های جدید توریوم خواهد بود، ضمن ابراز امیدواری خاطرنشان می سازد از عنصر توریوم بتوان به عنوان خرج و ماده پرکننده ای برای پیشگیری یا کاهش شانس آزادسازی مواد رادیواکتیو منتشره از مخزن نگهداری برای هزاران یا حتی صدها هزار سال استفاده کرد. از منظر چشم انسان، هر کریستال به دانه ای از نمک یونیزه سفید شباهت می برد؛ اما زمانی که یک پیمانه از این بلورها داخل محلول ریخته می شود، رنگ بلورها بسته به نوع یون هایی که به خود جذب کرده تغییر می کند. به عنوان مثال کرومات یا نمک اسید کرومیک رنگ کریستال را به نارنجی مایل به زرد تبدیل می کند و از همه زیباتر پرتکتینات سمی است که کریستال ها را به رنگ ارغوانی دلپذیری آراسته می سازد.در این میان هر چند محققان از دانه های بورات توریوم به شکل مکعب یاد می کنند اما این دانه ها در خردترین شکل شان عملا ۸ وجه دارند که همانند ۲ هرم از قاعده به هم چسبیده به نظر می رسند. تمام هشت وجه بورات توریوم مملو از میلیاردها حفره ریز بیضوی شکل با پهنای کمتر از یک نانومتر است که منظری پر از سوراخ به آن می بخشد. اندازه ظریف سوراخ ها برای عمل کشیدن و جذب یون های باردار مثبت زیانبار ایده آل هستند و در عین حال موادی با زیانباری کمتر و بدون بار را پشت سر خود برجای می گذارند. داخل هر سوراخ دارای میزان ناچیزی بار الکتریکی منفی است که یون های فلزی با بار الکتریکی مثبت را جذب و به تله انداخته و به این ترتیب آنها را از محلول پاکسازی می کند. به اعتقاد دانشمندان دانشگاه نتردام آنچه این ماده را منحصر به فرد می سازد بار الکتریکی آن است؛ به نحوی که از تمامی عناصر موجود در جدول تناوبی که آنها آزمایش کرده اند، عنصر توریوم تنها ماده ای محسوب می شود که از خلل و فرجی با بار الکتریکی منفی برخوردار است این در حالی است که هر کدام از فلزات یا ترکیبات فلزی دیگر دارای سوراخ هایی با بار مثبت هستند.
اما دانشمندان برای ایجاد مکعب های توریومی ابتدا ترکیبی از توریوم و اسید بوریک را تا دمای ۲۲۰ درجه سانتی گراد حرارت داده و به مجرد این که مخلوط حاضر سخت شد با افزودن آب مقطر به آن، اسید بوریک مازاد را حل کردند. نتیجه کار بر جای ماندن کریستال هایی بر کف مخزن بود که می توان آنها را جمع آوری و مورد استفاده قرار داد. طی این مکانیسم بگیر و ببند، کریستال های حاصل تنها یون های معلق در مایع را برطرف می کنند و مواد جامد حقیقی یا همان ته نشست محیط واکنش به شکل میله های شیشه ای درآورده شده و به طور جداگانه ذخیره سازی می شوند. زمانی که فرآیند پاک کردن و برداشتن یون ها انجام پذیرفت، مکعب های توریوم می تواند به رسوبات حاصل افزوده شده و در نتیجه بیشتر اجزای رادیواکتیو فرآیند همجوشی هسته ای را به اتفاق در یک محل ذخیره سازی کند.
با این اوصاف، عنصری همچون توریوم در کنار قابلیت منحصر به فردش برای پاک کردن ضایعات اتمی، می تواند به عنوان مدعی اصلی و برنده احتمالی رقابت بین نسل های آینده رآکتورهای سوخت اتمی مطرح شود ـ که در مقایسه با رآکتورهای اورانیوم محور رایج ـ از قرار معلوم با مواد خام پاک تر، با ضایعات کمتر و همچنین ارزان تر به میدان می آیند و این مهم به واسطه مقادیر قابل دسترس بیشتر توریوم نسبت به سوخت های رایجی همچون اورانیوم و خاصیت عجیبی است که طبیعت در دل این عنصر به ودیعه گذاشته و با کمک فناوری های شیمی بنیان و هسته ای، برداشتن گامی تازه در قلمرو تامین انرژی های موردنیاز بشر و همچنین حفظ محیط زیست را نوید می دهد.